一种基于柔性电路板的垂直腔面发射光器件的制作方法

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于柔性电路板的垂直腔面发射光器件。

背景技术：

早期用于垂直腔面发射的光器件以晶体管封装形式居多，这种封装工艺方便，但高频性能欠佳，散热性不好，受引脚占用面积限制，可设计利用的面积不多。

专利CN102422193公布了一种具有陶瓷封装的光学装置的光学组件，利用了陶瓷封装取代晶体管封装，可以有效解决高频信号及内部光学部件，电路及高频信号分布问题。该专利主要使用陶瓷取代金属材料，使用多层陶瓷通过透镜与光纤耦合，在陶瓷上使用密封环及金属装置。使用多层陶瓷，在上层陶瓷上做物理尺寸变更，元器件可以较为容易的放置，在下层电路使用高速电路，使电信号可以较好的传输。另外使用金属盖进行焊接，利用陶瓷绝缘特性进行电绝缘。然而，采用多层陶瓷材料在工艺上较为复杂，类似器件都是小型器件，对陶瓷材料的三维加工精度要求较高。

技术实现要素：

针对现有技术中垂直腔面发射的光学器件高频性能差、散热性差、陶瓷基板工艺复杂的缺陷，本发明提供一种高频性能好、工艺要求低且散热性能好的基于柔性电路板的垂直腔面发射光器件。

本发明就上述技术问题而提出的技术方案如下：

一方面，提供了一种基于柔性电路板的垂直腔面发射光器件，包括：

光学装置，用于将光信号耦合到光纤中；

光学适配装置，用于将所述光学装置连接至外部光纤；其中所述光学适配装置采用树脂材料封装，内部设置了一个用于容纳所述光学装置腔体；以及

电路装置，用于将电信号转换成所述光信号；其中所述电路装置从下到上依次设置有高导热率的金属支撑层、用于传输高速信号的柔性电路板层、硬电路板层、高导热率陶瓷过渡层以及垂直腔面发射芯片；所述光学适配装置通过环氧树脂粘接在所述柔性电路板上，从而形成一个容纳所述光学装置的密封空间并起到绝缘作用。

优选地，所述光学装置包括：光滤波片、聚焦透镜以及所述聚焦透镜的支撑片。

优选地，所述光学适配装置的所述腔体包括具有第一内径的第一腔体以及具有第二内径的第二腔体；所述第一腔体与所述第二腔体连通且所述第一腔体位于所述第二腔体的上方。

优选地，所述光滤波片设置在所述第一腔体的顶部，所述聚焦透镜的所述支撑片设置在所述第二腔体的顶部，所述聚焦透镜支撑在所述支撑片上。

优选地，所述聚焦透镜的所述支撑片设置在所述第二腔体的顶部，所述聚焦透镜支撑在所述支撑片上；所述光滤波片连接在所述支撑片的下方并与所述聚焦透镜正相对。

优选地，所述电路装置还包括金丝引线，用于将所述垂直腔面发射芯片连接至所述柔性电路板。

优选地，所述电路装置还包括金丝引线，用于将所述垂直腔面发射芯片连接至所述高导热率陶瓷过渡层上，再将所述高导热率陶瓷过渡层连接至所述柔性电路板上。

优选地，所述柔性电路板层及所述硬电路板层上开设有导热通路，所述导热通路中填充有导热金属材料。

优选地，所述高导热率金属支撑层通过环氧树脂与所述柔性电路板层粘接，所述光滤波片和所述聚焦透镜的所述支撑片通过环氧树脂粘结在所述光学适配装置的所述腔体内。

优选地，所述垂直腔面发射芯片通过导热银胶粘接在所述高导热率过渡层上，所述高导热率过渡层通过导热银胶粘接在所述硬电路板层上。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：柔性电路板和硬板电路是比较成熟的高速信号传输工艺，适合大批量加工，工艺重复性好，工艺控制难度较低，采用这种方案可以减少对晶体管底座的引脚同轴加工的工艺要求，减少信号在引脚之间与管壳间的寄生损耗，减少对晶体管底座大面积镀金等复杂要求。

另外，晶体管底座一般采用可用作支撑的材料，其热导率远低于本文所述采用的金属支撑层，因此可以提高芯片散热的性能。

再则，相对于采用氧化铝陶瓷作为支撑板来说，陶瓷在高频部分有较好的特点，但是采用多层陶瓷共烧工艺成本较为昂贵，后续连接到其他电路板也需要柔性电路板作为信号传输使用，因此本发明技术方案可以降低产品复杂度，降低工艺要求及成本。

氧化铝材料本身导热率不高，适合产品功率要求不高的产品，采用烧结工艺还会降低材料的热导率，对于功耗要求严格的产品来讲并没有太多优势，而本申请采用的导热孔传热及高导热材料做支撑可以很好地处理这个问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明第一实施例提供的基于柔性电路板的垂直腔面发射光器件的结构示意图；

图2是本发明第二实施例提供的基于柔性电路板的垂直腔面发射光器件的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例提供了一种基于柔性电路板的垂直腔面发射光器件，参见图1和2，该光器件包括：

光学装置，用于将光信号耦合到光纤中；

光学适配装置，用于将光学装置连接至外部光纤；其中光学适配装置采用树脂材料封装，内部设置了一个用于容纳光学装置腔体；以及

电路装置，用于将电信号转换成光信号；其中电路装置从下到上依次设置有高导热率的金属支撑层、用于传输高速信号的柔性电路板层、硬电路板层、高导热率陶瓷过渡层以及垂直腔面发射芯片；光学适配装置通过环氧树脂粘接在柔性电路板上，从而形成一个容纳光学装置的密封空间并起到绝缘作用。

该光器件整体实现由垂直腔面发射芯片产生光信号，通过透镜及滤波片使光入射到光纤，通过柔性电路板及硬电路板实现电信号的传输。

柔性电路板、上层硬电路板、陶瓷过渡层在实际电路中需要根于具体产品的引脚定义设计高速信号线布局。柔性电路板及硬电路板板、金属支撑层以及陶瓷过渡层用来作为垂直腔面发射芯片的整体支撑，并提供金丝引线键合的焊盘，用于芯片与柔性电路板之间的信号连接。

具体地，光学装置包括：光滤波片102/202、聚焦透镜104/204以及聚焦透镜的支撑片103/203。

光学适配装置101/201的腔体包括具有第一内径的第一腔体以及具有第二内径的第二腔体。第一腔体与第二腔体连通且第一腔体位于第二腔体的上方。如图1和2所示，第一腔体的内径小于第二腔体的内径，这样在第一腔体和第二腔体连接的地方就存在一个台面。

在本发明的一个实施例中，如图1所示，光滤波片102设置在第一腔体的顶部，减弱芯片105的出光功率，以保证人眼激光安全。聚焦透镜104的支撑片103设置在第二腔体的顶部，紧贴第一腔体与第二腔体之间的台面。聚焦透镜103支撑在支撑片104上。光滤波片102和聚焦透镜104的支撑片103通过环氧树脂粘结在光学适配装置101的腔体内。

在本发明的另一个实施例中，如图2所示，聚焦透镜204的支撑片203设置在第二腔体的顶部，紧贴第一腔体与第二腔体之间的台面。聚焦透镜204支撑在支撑片203上。光滤波片202连接在支撑片203的下方并与聚焦透镜204正相对，减弱芯片205的出光功率，以保证人眼激光安全。光滤波片202和聚焦透镜204的支撑片203通过环氧树脂粘结在光学适配装置201的腔体内。采用此种结构可以提高生产效率。

具体地，如图1和2所示，电路板108/208包括下层的柔性电路板和和上层的硬电路板，在生产时它们就粘接在一起，柔性电路板上设计高速电信号路径进行信号传输，硬电路板上做焊盘，采用金丝焊接工艺连接芯片及电路板。高导热率金属支撑层109/209，如铜或者铝，通过环氧树脂与电路板108/208粘接。在电路板108/208上预先做好的导热通路107/207，并填充导热金属材料，如铜或者银。高导热率陶瓷过渡层106/206用于调整芯片的高度、调整焦点位置及做电路过渡使用。高导热率陶瓷过渡层106/206可以使用高导热氮化铝陶瓷或者氧化铝陶瓷，通过导热银胶粘接在电路板108/208的散热区域上。垂直腔面发射芯片105/205通过导热银胶粘接在高导热率陶瓷过渡层106/206上。

在本发明的一个实施例中，电路装置还包括金丝引线110，用于实现垂直腔面发射芯片105与电路板108之间的信号连接，具体地为芯片105与硬电路板层之间的信号连接。

在本发明的另一个实施例中，电路装置还包括金丝引线110，用于将垂直腔面发射芯片105连接至高导热率陶瓷过渡层106上，再将高导热率陶瓷过渡层106连接至柔性电路板上。这样的连接方式有利于优化光器件的高频特性。

在本发明中，光学适配装置101/201是标准的光学适配器接口，材质为塑料树脂，主要功能为连接插针适配器，提供精确的光纤重复定位。光学适配装置101/201粘接光滤波片102/202与聚焦透镜104/204后，通过有源耦合工艺与芯片105/205进行耦合，耦合到需要的光功率值时用环氧树脂固定光学适配装置101/201与电路板108/208，形成密封连接。

具体地，在本发明中，垂直腔面发射芯片通过导热银胶粘接在高导热率过渡层上，高导热率过渡层通过导热银胶粘接在硬电路板层上。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。